diff --git a/20230503/catcan.red b/20230503/catcan.red new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..74cbb3d1388d9cd0ee089b4b0ecba9a6eda30f3b --- /dev/null +++ b/20230503/catcan.red @@ -0,0 +1,23 @@ +;name Cat Can +;author A. Kirchner, F. Uy +;assert 1 +; +; Your basic two sweep methodical bomber. +; Fires SPL 0 and JMP -1 at every eight +; addresses, then erases the core with +; DAT bombs. + +start mov trap2, < bomb + mov trap1, < bomb + sub # 6, bomb + jmn start, bomb ; trap loop +set mov # -12, bomb +kill mov bomb, @ bomb + djn kill, bomb ; kill loop +reset jmp set, 0 + jmp set, 0 + dat # 0, # 0 ; buffer +bomb dat # 0, # -1024 +trap1 spl 0, 2 +trap2 jmp -1, 1 + end start diff --git a/20230503/dwarf.red b/20230503/dwarf.red new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..c2af9cdef5dbe8cb86409ab212bb9a503fe323e2 --- /dev/null +++ b/20230503/dwarf.red @@ -0,0 +1,15 @@ +;redcode +;name Dwarf +;author A. K. Dewdney +;strategy Throw DAT bombs around memory, hitting every 4th memory cell. +;strategy This program was presented in the first Corewar article. +;assert 1 + +bomb DAT #0 +dwarf ADD #4, bomb + MOV bomb, @bomb + JMP dwarf + END dwarf ; Programs start at the first line unless + ; an "END start" pseudo-op appears to indicate + ; the first logical instruction. Also, nothing + ; after the END instruction will be assembled. diff --git a/20230503/fini.red b/20230503/fini.red new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..2a058fd38389d86eeccfc9c1fbef883b118ba56c --- /dev/null +++ b/20230503/fini.red @@ -0,0 +1,16 @@ +;redcode +;name fini +;version (8.1990) +;author Bodo Müller +;assert 1 + +;+--------------------------------------------------------------------------+ +;| FINI ( = Endstufe von PARALYSE) Version 1.0 by B.M. Aug. '90 | +;+--------------------------------------------------------------------------+ + +NUM DAT #-2 +START MOV NUM, <POS +LOOP JMP START +POS DAT #-3 + + END START diff --git a/20230503/knirps.red b/20230503/knirps.red new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..befaa2a3da9a8cab5e76207623ac49880453b472 --- /dev/null +++ b/20230503/knirps.red @@ -0,0 +1,5 @@ +;name Knirps +;assert 1 + +start mov 0, 1 + end start diff --git a/20230503/logo-hochschule-bochum-cvh-text-v2.pdf b/20230503/logo-hochschule-bochum-cvh-text-v2.pdf new file mode 120000 index 0000000000000000000000000000000000000000..4aa99b8f81061aca6dcaf43eed2d9efef40555f8 --- /dev/null +++ b/20230503/logo-hochschule-bochum-cvh-text-v2.pdf @@ -0,0 +1 @@ +../common/logo-hochschule-bochum-cvh-text-v2.pdf \ No newline at end of file diff --git a/20230503/logo-hochschule-bochum.pdf b/20230503/logo-hochschule-bochum.pdf new file mode 120000 index 0000000000000000000000000000000000000000..b6b9491e370e499c9276918182cdb82cb311bcd1 --- /dev/null +++ b/20230503/logo-hochschule-bochum.pdf @@ -0,0 +1 @@ +../common/logo-hochschule-bochum.pdf \ No newline at end of file diff --git a/20230503/mice.red b/20230503/mice.red new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..0b17fb8c6db22239bf870c841e600a24f82a2216 --- /dev/null +++ b/20230503/mice.red @@ -0,0 +1,16 @@ +;name Mice +;author Chip Wendell +;assert 1 + +ptr dat #0 +start mov #12, ptr ; n = 12 +loop mov @ptr, <dest ; *dest = *(ptr+(*ptr)) + djn loop, ptr ; if(--ptr != 0) + ; goto loop + spl @dest ; split(*dest) + add #653, dest ; dest += 653 + jmz start, ptr ; if(!ptr) + ; goto start +dest dat #833 + + end start diff --git a/20230503/nothing.red b/20230503/nothing.red new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..5d6f3c21f2f19c3929c675c21b1e9a8ff47d8bf1 --- /dev/null +++ b/20230503/nothing.red @@ -0,0 +1,5 @@ +;name Nothing +;assert 1 + +start jmp 0 + end start diff --git a/20230503/pgslides.sty b/20230503/pgslides.sty new file mode 120000 index 0000000000000000000000000000000000000000..5be1416f4216f076aa268901f52a15d775e43f64 --- /dev/null +++ b/20230503/pgslides.sty @@ -0,0 +1 @@ +../common/pgslides.sty \ No newline at end of file diff --git a/20230503/rtech-20230503.pdf b/20230503/rtech-20230503.pdf new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..26f4de8c9ea27e517dddc3fd3f5b2b814db6dfdd Binary files /dev/null and b/20230503/rtech-20230503.pdf differ diff --git a/20230503/rtech-20230503.tex b/20230503/rtech-20230503.tex new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..93aca2a685d0127336d0b69371983f85f77501f8 --- /dev/null +++ b/20230503/rtech-20230503.tex @@ -0,0 +1,521 @@ +% rtech-20230503.pdf - Lecture Slides on Computer Technology +% Copyright (C) 2012, 2013, 2014, 2021, 2022, 2023 Peter Gerwinski +% +% This document is free software: you can redistribute it and/or +% modify it either under the terms of the Creative Commons +% Attribution-ShareAlike 3.0 License, or under the terms of the +% GNU General Public License as published by the Free Software +% Foundation, either version 3 of the License, or (at your option) +% any later version. +% +% This document is distributed in the hope that it will be useful, +% but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of +% MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the +% GNU General Public License for more details. +% +% You should have received a copy of the GNU General Public License +% along with this document. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>. +% +% You should have received a copy of the Creative Commons +% Attribution-ShareAlike 3.0 Unported License along with this +% document. If not, see <http://creativecommons.org/licenses/>. + +% README: Assembler-Programmierung: Redcode + +\documentclass[10pt,t]{beamer} + +\usepackage{pgslides} +\usepackage{pdftricks} +%\usepackage[obeyfamily=false,mathrm=mathsf,textrm=sffamily]{siunitx} +%\usepackage{eurosym} +\usepackage{tikz} + +\newcommand{\Cin}{C\raisebox{-0.5ex}{\footnotesize in}} +\newcommand{\Cout}{C\raisebox{-0.5ex}{\footnotesize out}} + +\lstdefinestyle{asm}{basicstyle=\color{structure}, + language={}, + gobble=4} + +\begin{psinputs} + \usepackage[utf8]{inputenc} + \usepackage[german]{babel} + \usepackage[T1]{fontenc} + \usepackage{helvet} + \renewcommand*\familydefault{\sfdefault} + \usepackage{pstricks,pst-grad,pst-circ-pg} + \newcommand{\invisible}{\tiny\color{white}} + \psset{unit=1cm} + \psset{logicLabelstyle=\invisible} + \newcommand{\logicSymbol}{\small\boldmath\bf\rule{0pt}{0.5cm}} + \psset{logicSymbolstyle=\logicSymbol} + \newcommand{\Cin}{C\raisebox{-0.5ex}{\footnotesize in}} + \newcommand{\Cout}{C\raisebox{-0.5ex}{\footnotesize out}} +\end{psinputs} + +\title{Rechnertechnik} +\author{Prof.\ Dr.\ rer.\ nat.\ Peter Gerwinski} +\date{3.\ Mai 2022} + +\begin{document} + +\maketitleframe + +\nosectionnonumber{\inserttitle} + +\begin{frame} + + \shownosectionnonumber + + \begin{itemize} + \item[\textbf{1}] \textbf{Einführung} + \item[\textbf{2}] \textbf{Vom Schaltkreis zum Computer} + \begin{itemize} + \item[2.1] Logik-Schaltkreise + \item[2.2] Binärdarstellung von Zahlen + \item[2.3] Vom Logik-Schaltkreis zum Addierer + \item[2.4] Negative Zahlen + \item[2.5] Weitere Rechenoperationen + \item[2.6] Vom Addierer zum Computer + \end{itemize} + \item[\textbf{3}] \textbf{Assember-Programmierung} + \begin{itemize} + \item[3.1] Struktur von Assembler-Programmen + \color{orange} + \item[3.2] Beispiel: Redcode + \item[\dots] + \end{itemize} +% \color{gray} +% \item[\textbf{3}] \textbf{Architekturmerkmale von Prozessoren} +% \item[\textbf{4}] \textbf{Der CPU-Stack} +% \item[\textbf{5}] \textbf{Hardwarenahe Programmierung} +% \item[\textbf{6}] \textbf{Anwender-Software} +% \item[\textbf{7}] \textbf{Bus-Systeme} +% \item[\textbf{8}] \textbf{Pipelining} +% \item[\textbf{9}] \textbf{Ausblick} + \item[\textbf{\dots\hspace{-0.75em}}] + \end{itemize} + +\end{frame} + +\setcounter{section}{2} +\section{Assembler-Programmierung} +\subsection{Struktur von Assembler-Programmen} + +\begin{frame} + \showsection + \showsubsection + + \textbf{Maschinensprache:} Bits besagen, was in diesem Takt geschehen soll + + \begin{itemize} + \item + \textbf{arithmetisch-logische Befehle:}\\[\smallskipamount] + Daten aus Registern (oder Hauptspeicher) an ALU legen,\\ + Ergebnis in Register (oder Hauptspeicher) schreiben + \item + \textbf{Lade- und Speicher-Befehle:}\\[\smallskipamount] + Daten aus dem Hauptspeicher in Register einlesen\\ + oder aus Register in den Hauptspeicher schreiben + \item + \textbf{(unbedingter) Sprungbefehl:}\\[\smallskipamount] + Daten aus Register oder Hauptspeicher in das \lstinline{IP}-Register laden + \item + \textbf{(bedingter) Sprungbefehl:}\\[\smallskipamount] + Sprungbefehl nur dann, wenn im Status-Ausgang der ALU\\ + ein bestimmtes Bit gesetzt ist + \bigskip + \arrowitem + Der Computer kann "`alles"' -- \newterm{Turing-Vollständigkeit} + \end{itemize} +\end{frame} + +\begin{frame} + + \showsection + \showsubsection + + \textbf{Maschinensprache:} Bits besagen, was in diesem Takt geschehen soll + \begin{itemize} + \item + Lade- und Speicher-Befehle\\ + arithmetisch-logische Befehle\\ + unbedingte und bedingte Sprungbefehle + \arrowitem + Der Computer kann "`alles"' -- \newterm{Turing-Vollständigkeit} + \end{itemize} + + \medskip + + \textbf{\newterm{Assembler\/}-Sprache} + \begin{itemize} + \item + Maschinensprache = Zahlen \textarrow\ für Menschen schwer handhabbar + \arrowitem + Namen für die Befehle: \newterm{Mnemonics} + \end{itemize} + +% \pause + \medskip + + \textbf{Beispiele} + \begin{itemize} + \item + Intel 8086 \textcolor{red}{(emulierter 16-Bit-Rechner)} + \item + Atmel AVR \textcolor{red}{(Arduino, 8 Bit)} + \item + Intel IA-32 / AMD64 \textcolor{red}{(Notebook-PC, 64 Bit)} + \item + Redcode \textcolor{red}{(emulierter Rechner, Praktikumsversuch)} + \end{itemize} + +\end{frame} + +\begin{frame}[fragile] + + \showsubsection + + Beispiel: IA-32-Assembler + \only<1>{-- \newterm{Befehl (Opcode)}}% + \only<2>{-- \newterm{Befehl (Opcode)} und \newterm{Operanden}}% + \only<3>{-- \newterm{Adressierungsarten}} + + \vspace{2cm} + + \begin{lstlisting} + addl $1, %eax + movb %al, b + cmpb (%ebx), %dl + jbe .L2 + \end{lstlisting} + + \begin{onlyenv}<1-2> + \begin{picture}(0,0) + \color{red} + \put(0.4,2.8){\vector(0,-1){0.7}} + \put(0.4,2.9){\makebox(0,0)[b]{Befehl}} + \only<1>{% + \put(1.4,2.8){\vector(-1,-1){0.7}} + \put(2.3,2.9){\makebox(0,0)[b]{Größen-Suffix}}} + \only<2>{% + \put(1.4,2.8){\vector(-1,-2){0.35}} + \put(1.4,2.8){\vector(1,-2){0.35}} + \put(2.0,2.9){\makebox(0,0)[b]{Operanden}}} + \end{picture} + \end{onlyenv} + \begin{onlyenv}<3> + \begin{picture}(0,0) + \color{red} + \put(1.4,2.8){\vector(-1,-2){0.35}} + \put(2.0,2.9){\makebox(0,0)[b]{unmittelbar}} + \put(3.0,1.8){\vector(-1,0){0.7}} + \put(3.1,1.8){\makebox(0,0)[l]{Register}} + \put(4.8,1.4){\vector(-1,0){2.7}} + \put(4.9,1.4){\makebox(0,0)[l]{Speicher (absolut)}} + \put(2.3,-0.0){\vector(-1,1){0.7}} + \put(3.5,-0.1){\makebox(0,0)[t]{indirekt mit Register}} + \put(0.8,-0.6){\vector(0,1){0.9}} + \put(0.0,-0.7){\makebox(0,0)[tl]{Speicher (relativ)}} + \end{picture} + \end{onlyenv} + +\end{frame} + +\subsection{Beispiel: Redcode} + +\begin{frame}[fragile] + + \showsubsection + + Beispiel: Redcode (ICWS '86) -- Core War[s] (Krieg der Kerne)\\ + Virtuelle Maschine: Memory Array Redcode Simulator (MARS) + + \bigskip + + \begin{minipage}[t]{7.2cm} + Instruktionen:\\[\smallskipamount] + \lstinline{dat B} -- Daten \only<1->{-- "`Du hast verloren!"'}\\ + \lstinline{mov A, B} -- kopiere A nach B\\ + \lstinline{add A, B} -- addiere A zu B\\ + \lstinline{sub A, B} -- subtrahiere A von B\\ + \lstinline{jmp A} -- unbedingter Sprung nach A\\ + \lstinline{jmz A, B} -- Sprung nach A, wenn B $=$ 0\\ + \lstinline{jmn A, B} -- Sprung nach A, wenn B $\ne$ 0\\ + \lstinline{djn A, B} -- "`decrement and jump if not zero"'\\ + \lstinline{cmp A, B} -- "`compare"': überspringe, falls gleich\\ + \lstinline{spl A} -- "`split"': Programm verzweigen + \end{minipage}\hfill + \begin{minipage}[t]{4.7cm} + Adressierungsarten:\\[\smallskipamount] + grundsätzlich: Speicher relativ\\[\smallskipamount] + \lstinline{#} -- unmittelbar\\ + \lstinline{$} -- direkt\\ + \lstinline{@} -- indirekt\\ + \lstinline{<} -- indirekt mit Prä-Dekrement + +% \pause[5] + \bigskip + Programm "`Nothing"': + \begin{lstlisting}[gobble=6] + jmp 0 + \end{lstlisting} +% \pause + \bigskip + Programm "`Knirps"': + \begin{lstlisting}[gobble=6] + mov 0, 1 + \end{lstlisting} + + \end{minipage} + +\end{frame} + +\begin{frame}[fragile] + + \showsubsection + + Unbedingte Verzweigung + + Beispiel: Endlosschleife von "`Dwarf"' + + \begin{minipage}[t]{1.2cm} + \begin{lstlisting}[style=asm,gobble=6] + bomb + start + \end{lstlisting} + \end{minipage}% + \begin{minipage}[t]{3cm} + \begin{lstlisting}[style=asm,gobble=6] + dat #0 + add #4, bomb + mov bomb, @bomb + jmp start + end start + \end{lstlisting} + \end{minipage}\hfill + \begin{minipage}[t]{3.9cm} + \small + \bigskip + Instruktionen:\\[\smallskipamount] + \lstinline{dat B}\\ + \lstinline{mov A, B}\\ + \lstinline{add A, B}\\ + \lstinline{sub A, B}\\ + \lstinline{jmp A}\\ + \lstinline{jmz A, B} -- "`jump if zero"'\\ + \lstinline{jmn A, B} -- "`if not zero"'\\ + \lstinline{djn A, B} -- "`dec. \& jmn"'\\ + \lstinline{cmp A, B} -- vgl.\ \& überspr.\\ + \lstinline{spl A} -- verzweigen + \end{minipage}% + \begin{minipage}[t]{2.7cm} + \small + \bigskip + Adressierungsarten:\\[\medskipamount] + grundsätzlich:\\ + Speicher relativ\\[\medskipamount] + \lstinline{#} -- unmittelbar\\[\smallskipamount] + \lstinline{$} -- direkt\\[\smallskipamount] + \lstinline{@} -- indirekt\\[\smallskipamount] + \lstinline{<} -- indirekt mit\\ + \hspace*{0.52cm}Prä-Decrement + \end{minipage} + + \pause + \bigskip + + Problem: Wenn die Speichergröße nicht durch 4 teilbar ist,\\ + \phantom{Problem: }bringt "`Dwarf"' sich selbst zum Absturz.\\[\smallskipamount] + \pause + Lösung: \textcolor{red}{Haben Sie Ideen?} + \pause + \textcolor{red}{\textarrow\ Übungsaufgabe} + +\end{frame} + +\begin{frame}[fragile] + + \showsubsection + + \alt<2->{Mehrere Threads}{Bedingte Verzweigung} + + Beispiel: \alt<2->{Multithreading}{Kopierschleife} von "`Mice"' + + \begin{minipage}[t]{1.2cm} + \begin{lstlisting}[style=asm,gobble=6] + ptr + start + loop + + + + + dest + + \end{lstlisting} + \end{minipage}% + \begin{minipage}[t]{3cm} + \begin{lstlisting}[style=asm,gobble=6] + dat #0 + mov #12, ptr + mov @ptr, <dest + djn loop, ptr + spl @dest + add #653, dest + jmz start, ptr + dat #833 + end start + \end{lstlisting} + \end{minipage}\hfill + \begin{minipage}[t]{3.9cm} + \small + \bigskip + Instruktionen:\\[\smallskipamount] + \lstinline{dat B}\\ + \lstinline{mov A, B}\\ + \lstinline{add A, B}\\ + \lstinline{sub A, B}\\ + \lstinline{jmp A}\\ + \lstinline{jmz A, B} -- "`jump if zero"'\\ + \lstinline{jmn A, B} -- "`if not zero"'\\ + \lstinline{djn A, B} -- "`dec. \& jmn"'\\ + \lstinline{cmp A, B} -- vgl.\ \& überspr.\\ + \lstinline{spl A} -- verzweigen + \end{minipage}% + \begin{minipage}[t]{2.7cm} + \small + \bigskip + Adressierungsarten:\\[\medskipamount] + grundsätzlich:\\ + Speicher relativ\\[\medskipamount] + \lstinline{#} -- unmittelbar\\[\smallskipamount] + \lstinline{$} -- direkt\\[\smallskipamount] + \lstinline{@} -- indirekt\\[\smallskipamount] + \lstinline{<} -- indirekt mit\\ + \hspace*{0.52cm}Prä-Decrement + \end{minipage} + + \pause[3] + \bigskip + + Gegenmaßnahme: "`Zeitfalle"'\\ + \textarrow\ Programm "`Catcan"' + +\end{frame} + +\begin{frame}[fragile] + + \showsubsection + + Selbstmodifizierender Code + + Beispiel: Selbsterkennung von "`Fini"' + + \begin{minipage}[t]{1.2cm} + \begin{lstlisting}[language={},gobble=6] + num + start + + pos + + \end{lstlisting} + \end{minipage}% + \begin{minipage}[t]{0.9cm} + \begin{lstlisting}[language={},gobble=6] + dat #-2 + mov num, <pos + jmp start + dat #-3 + end start + \end{lstlisting} + \end{minipage}\hfill + \begin{minipage}[t]{3.9cm} + \small + \bigskip + Instruktionen:\\[\smallskipamount] + \lstinline{dat B}\\ + \lstinline{mov A, B}\\ + \lstinline{add A, B}\\ + \lstinline{sub A, B}\\ + \lstinline{jmp A}\\ + \lstinline{jmz A, B} -- "`jump if zero"'\\ + \lstinline{jmn A, B} -- "`if not zero"'\\ + \lstinline{djn A, B} -- "`dec. \& jmn"'\\ + \lstinline{cmp A, B} -- vgl.\ \& überspr.\\ + \lstinline{spl A} -- verzweigen + \end{minipage}% + \begin{minipage}[t]{2.7cm} + \small + \bigskip + Adressierungsarten:\\[\medskipamount] + grundsätzlich:\\ + Speicher relativ\\[\medskipamount] + \lstinline{#} -- unmittelbar\\[\smallskipamount] + \lstinline{$} -- direkt\\[\smallskipamount] + \lstinline{@} -- indirekt\\[\smallskipamount] + \lstinline{<} -- indirekt mit\\ + \hspace*{0.52cm}Prä-Decrement + \end{minipage} + +\end{frame} + +\begin{frame}[fragile] + + \showsubsection + + \strut + + \strut\makebox(0,0)[bl]{\large\color{structure}\textbf{Praktikumsversuch}} + + \begin{minipage}[t]{5cm} + \medskip + Schreiben Sie ein\\ + Redcode-Programm,\\ + das die Gegner\\ + \file{Nothing}, \file{Knirps}\\ + und \file{Mice} besiegt. + + \medskip + + ICWS-86-Standard,\\ + max.\ 64 Prozesse,\\ + Speichergröße zufällig\\ + von 512 bis 8192 + + \medskip + + Teams bis zu 3 Personen\\ + sind zulässig. + \end{minipage}\hfill + \begin{minipage}[t]{3.9cm} + \small + \bigskip + Instruktionen:\\[\smallskipamount] + \lstinline{dat B}\\ + \lstinline{mov A, B}\\ + \lstinline{add A, B}\\ + \lstinline{sub A, B}\\ + \lstinline{jmp A}\\ + \lstinline{jmz A, B} -- "`jump if zero"'\\ + \lstinline{jmn A, B} -- "`if not zero"'\\ + \lstinline{djn A, B} -- "`dec. \& jmn"'\\ + \lstinline{cmp A, B} -- vgl.\ \& überspr.\\ + \lstinline{spl A} -- verzweigen + \end{minipage}% + \begin{minipage}[t]{2.7cm} + \small + \bigskip + Adressierungsarten:\\[\medskipamount] + grundsätzlich:\\ + Speicher relativ\\[\medskipamount] + \lstinline{#} -- unmittelbar\\[\smallskipamount] + \lstinline{$} -- direkt\\[\smallskipamount] + \lstinline{@} -- indirekt\\[\smallskipamount] + \lstinline{<} -- indirekt mit\\ + \hspace*{0.52cm}Prä-Decrement + \end{minipage} + +\end{frame} + +\end{document}